Anspruchsvolle Dichtungssysteme für die Abdichtung von Hydraulikzylindern erfordern eine Tandemanordnung aus Primär- und Sekundärdichtung. Leider kann sich zwischen beiden Dichtungen unter ungünstigen Betriebsbedingungen Hydraulikflüssigkeit sammeln. Ein Zwischendichtungsdruck kann sich aufbauen und zum vorzeitigen Ausfall des Dichtungssystems führen. Neue Dichtungen mit einem integrierten Rückschlagventil leiten jetzt die Hydraulikflüssigkeit kontrolliert in den Zylinder zurück.
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Der Autor Dr. Nils Kohlhase ist Director R&D Europe bei Trelleborg Sealing Solutions, Stuttgart
Erst vor wenigen Jahren hatte der Dichtungshersteller Trelleborg Sealing Solutions unter dem damaligen Namen Busak+Shamban mit dem „Turcon Stepseal 2K“ eine neue Generation von Stufendichtungen vorgestellt, die eine Weiterentwicklung des erfolgreichen Vorgängerprodukts darstellte. Dass bereits jetzt ein wesentlich effizienteres System patentiert und vorgestellt werden konnte, ist für Dr. Nils Kohlhase, Director R&D Europe bei Trelleborg Sealing Solutions, ein Indiz dafür, dass man sich nie zufrieden zurücklehnen darf, wenn man eine gute Lösung gefunden hat. Dr. Kohlhase: „Das Potenzial zur Weiterentwicklung sahen wir in der Möglichkeit, ein Rückschlagventil in die Stufendichtung zu integrieren“. Genau diese Funktion lässt den kontrollierten Abbau des Zwischendichtungsdrucks zu, der sich bei Tandem-Dichtungssystemen unter kritischen Betriebsbedingungen zwischen der Primär- und der Sekundärdichtung aufbauen und die Dichtung zerstören kann. Das bietet mehr Betriebssicherheit und erhöht die Standzeit des Dichtsystems.
Dr. Kohlhase: „In Hinblick auf dynamische Dichtheit haben moderne Stufendichtungen einen asymmetrischen Druckpressungsverlauf zwischen Dichtung und Stange, mit einem steileren Anstieg am druckseitigen Rand der Dichtfläche. Dies gilt natürlich auch für die bewährte Stepseal-Dichtkante. Sie besitzt einen steilen Pressungsgradienten auf der Druckseite und eine flachen auf der druckabgewandten Seite. Bei normalen Betriebsbedingungen ist dadurch sichergestellt, dass der mit der Kolbenstange im Vorhub ausgetragene Ölfilm im Rückhub vollständig in den Zylinder zurückgefördert wird.“
Dichtungen in Tandemanordnung
Technisch anspruchsvolle Anwendungen erfordern in Tandemanordnung eine Primär- und eine Sekundärdichtung. Die einzelnen Elemente müssen dazu aufeinander bezüglich Dicht- und Abstreifverhalten abgestimmt sein. Nur dann ist sichergestellt, dass der ausgetragene Ölfilm auch vollständig zurückgefördert wird.
Bei kritischen Betriebsbedingungen geht die Ölbilanz aber nicht immer auf. Als kritisch gilt zum Beispiel, wenn Vorhub schnell und Rückhub langsam erfolgen. Außerdem kann ein problematischer Zwischendichtungsdruck auch bei Zylindern mit langen Hüben auftreten. Letztendlich können auch Verschleiß oder Beschädigungen dazu führen, dass die Dichtkante ihr ursprüngliches Profil verliert, die Druckpressungsverteilung sich dadurch verändert und die Ölbilanz durcheinander bringt. Kehrt sich die Ölbilanz an der Primärdichtung um, das heißt der Ölfilm der ausfahrenden Stange ist dicker als der Film der einfahrenden Stange, kann sich zwischen der Primär- und der Sekundärdichtung ein Zwischendichtungsdruck aufbauen. Dieser Druck kann sogar den maximalen Betriebsdruck des Hydraulikzylinders übersteigen. Mit der Folge des vorzeitigen Ausfalls von Spritzgussmaschinen, hydraulischen Pressen, Baggern oder anderen Maschinen.
Der „Stepseal V“ schafft bei entsprechenden Betriebsbedingungen Sicherheit. Er basiert auf dem bewährten Dichtprofil des „Stepseal 2K“ und verfügt über ein integriertes Rückschlagventil. Übersteigt der Druck zwischen der Primär- und der Sekundärdichtung einen konstruktiv festgelegten Wert, gibt der O-Ring den Druckentlastungskanal frei und der Zwischendichtungsdruck wird abgebaut. Sofort danach wird der Kanal selbsttätig vom O-Ring verschlossen; das Ventil schließt. Dr. Kohlhase: „Genau darin liegt der Unterschied zu anderen ventilierenden Dichtungen. Druckentlastungskanal und O-Ring bilden beim Turcon Stepseal V ein Rückschlagventil mit genau definierten Schaltpunkten und schneller Reaktionszeit.“
Wesentliche Vorteile
- Die Schließverzögerung des Rückschlagventils und damit ein vorzeitiges Ansteigen des Zwischendichtungsdrucks sind sehr gering
- Leckage über die Nebenabdichtung oder über den Druckentlastungskanal wird ausgeschlossen
- Das Rückschlagventil arbeitet druckgesteuert, unabhängig von der Hubgeschwindigkeit oder der Hublänge.
Zudem wird in der Tandemanordnung die Sekundärdichtung nicht mit Druck beaufschlagt, so dass über dem gesamten Lebenszyklus des Dichtsystems die Reibung konstant auf einem niedrigen Niveau liegt.
Abgestimmt auf die jeweilige Anwendung wird der Stepseal V sowohl aus Turcon- und Zurcon-Werkstoffen mit hervorragenden Gleit- und Verschleißeigenschaften als Stangen- oder als Kolbendichtung hergestellt. Die Auslegung der Nuten erfolgt nach DIN/ISO 7425/2.
Der Stepseal V bietet alle Kundenvorteile des Stepseal 2K und darüber hinaus Sicherheitsreserven, zum Beispiel für unvorhergesehene Betriebsweisen. Dr. Kohlhase: „Damit steht der Steigerung der Betriebssicherheit und der Maschinenverfügbarkeit auch unter kritischen Betriebsbedingungen nichts mehr im Weg.“
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